SU614440A1

SU614440A1 - Fourier spectrum analyzer

Info

Publication number: SU614440A1
Application number: SU762344895A
Authority: SU
Inventors: Виталий Иванович Чайковский; Владимир Яковлевич Краковский; Владимир Федорович Коваль
Original assignee: Институт Кибернетики Ан Украинской Сср
Priority date: 1976-04-06
Filing date: 1976-04-06
Publication date: 1978-07-05

Description

(54) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ФУРЬЕ управл ющими входами третьего блока оперативной пам ти и АЦП, вход которого вл етс входом анализатора. Вы ход АЦП подключен к первому входу пе вого сумматора, а через третий БОП ко второму входу первого сумматора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого БОП. Выход второго сумматора подключен к первым входам первого и второго блоков умножени , вторые входы к,о торых соединены с первым и вторым вы ходами генератора гармонических сигналов , а выходы подключены соответст венно к первым входам третьего и чет вертого сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами соответст венно третьего и четвертого блоков умножени . Первые входы которых подключены соответственно ко второму и первому выходам генератора гармонического сигнала. Выходы третьего и четвертого сумматоров подключены к информационным входам соответственно второго и первого БОП и вл ютс выходами устройства. Однако такое устройство содержит один канал, что позвол ет анализировать только действительные (вещественные ) входные сигналы. Отсутствие возможности осуществл ть анализ комплексных сигналов ограничивает возможность применени такого устройства в инвариантных к сдвигу исследуемого кс «плексного сигнала системах обработки и отображ ни информации. Цель изобретени - раоиирение функциональных возможностей цифроврго анализатора спектра Фурье в резул тате реализации устройства спектраЭиь иого анализа, осуществл ющего вычислительные операции в паузах между вводом отсчетов и обеспечивающего ско 1ьз щий режим анализа спектра с одновременной компенсацией сжюшени интервала анализа относительно начала отсчета дл ксжтлексных сигналов. Поставленна цель достигаетс тем, что в предложенное устройство введены второй АЦП, вход которого вл етс вто{Ж№4 входе устройства, п тый и шестой сукв4аторы и четвертый БОП. Выход делител частоты подключен к управл ющим входам второго АЦП и четвертого БОП.информационный вход которого соединен с выкодсж второго АЦП и первым входом п того сумматора а выход - со вторым входом п того сумматора, выход которого .подключен к первому входу шестого сумматора, второй вход которого соединен с выхо дом второго БОП, а выход подключен ко вторь04 входам третьего и четветтого блоков умножени . На чертеже представлена структурна схема цифрового анализатора спек тра Фурье, осуществл ющего скольз щий режим анализа комплексного сигна ла с согласованием начальной фазы взвешивающей функции с началом интервала. Анализатор содержит два АЦП 1 и 2, на входы которых поступают действительна Ч (-fc) и мнима .у (-fc) составл ющие входного комплексного сигнала, БОП 3 и 4 дл хранени дискретных отсчетов действительной и мнимой составл ющих исследуемого участка реализации , сумматоры 5-10, блоки умножени 11-14, БОП 15 дл хранени действительной составл ющей спектра, БОП 16 дл хранени мнимой составл ющей спектра, генератор тактовых импульсов 17, делитель частоты 18, генератор 19 гармонических сигналов (формирователь значений синусов и косинусов). Вместо АЦП 1 и 2 могут быть использованы любые источники цифровых кодов, обеспечивающие подачу отсчетов комплексного сигнала, например, от ЭВМ. Реализу алгоритм дискретного преобразовател Фурье, цифровой анализатор скольз щего спектра работает следующим образом. При поступлении первых N отсчетов вычисление коэффициентов Фурье производитс по следун цей формуле: Р Л .5о ; 1) где N - число исследуемых отсчетов; Р - пор дковый номер гармоники; i.,- цифровые значений комплексных отсчетов; + УК (2) Значени коэффициентов Фурье в соответствии с формулой (1) при поступле НИИ (N - 1)-го отсчета и до поступлени Н -го отсчета будут сформированы и записаны в соответствующих чейках БОП 15 и 16, выполненных в виде параллельных цепочек сдвигающих регистров, число фиксируемых слоев в каждом из которых соответствует числу определ емых коэффициентов Фурье. Одновременно с вычислением коэффициентов Фурье в БОП 3 производитс последовательна запись действительной составл ющей обрабатываемых отсчетов V J , а в БОП4 - мнимых составл ющих обрабатываемых отсчетов у , БОП 3 и 4 собраны из цепочек сдвигающих регистров. Число фиксируемых слоев в каждом из сдвигающих регистров этих БОП равно N , а число цепочек сдвигающих регистров соответствует разр дности анализируемых отсчетов, выдаваемых АЦП. Можно сказать, что действительна и мнима части текущего спектра cooT-i ветственно равны .ReV(VV.,)cos2,p-&mV (.,)l6mfp,(54) DIGITAL ANALYZER OF THE FOURIER SPECTRUM by the control inputs of the third memory block and the ADC, whose input is the input of the analyzer. You move the ADC to the first input of the first adder, and through the third BOP to the second input of the first adder, the output of which is connected to the first input of the second adder, the second input of which is connected to the output of the first BOP. The output of the second adder is connected to the first inputs of the first and second multiplication units, the second inputs to, which are connected to the first and second outputs of the harmonic signal generator, and the outputs are connected respectively to the first inputs of the third and fourth adders, the second inputs of which are connected to the outputs respectively, the third and fourth multiplication blocks. The first inputs of which are connected respectively to the second and first outputs of the harmonic signal generator. The outputs of the third and fourth adders are connected to the information inputs of the second and first BOS, respectively, and are outputs of the device. However, such a device contains one channel, which allows only real (real) input signals to be analyzed. The inability to analyze complex signals limits the ability of such a device to be used in shift-invariant systems of the signal being processed and displayed. The purpose of the invention is to enhance the functionality of a Fourier digital spectrum analyzer as a result of implementing a spectrum analysis device that performs computational operations in the pauses between sample input and providing a spectrum analysis mode that simultaneously compensates for the szhushen of the analysis interval relative to the origin for xclex signals. This goal is achieved by introducing a second ADC into the proposed device, the input of which is the second {FF4 input of the device, the fifth and sixth sukvatatory and the fourth BOP. The output of the frequency divider is connected to the control inputs of the second ADC and the fourth BOP. Information input of which is connected to the output of the second ADC and the first input of the fifth adder and the output is connected to the second input of the fifth adder, the output of which is connected to the first input of the sixth adder, the second input which is connected to the output of the second BEP, and the output is connected to the second 04 inputs of the third and fourth multiplication blocks. The drawing shows a block diagram of a digital analyzer of the Fourier spectrum that performs a sliding mode of analyzing a complex signal with matching the initial phase of the weighing function with the beginning of the interval. The analyzer contains two ADCs 1 and 2, to the inputs of which are received the real H (-fc) and imaginary. 5-10, multipliers 11-14, BOP 15 for storing the actual component of the spectrum, BOP 16 for storing the imaginary component of the spectrum, clock pulse generator 17, frequency divider 18, harmonic wave generator 19 (driver of sine and cosine values). Instead of A / D converters 1 and 2, any sources of digital codes can be used to supply samples of a complex signal, for example, from a computer. To implement the algorithm of the discrete Fourier converter, the digital analyzer of the moving spectrum works as follows. Upon receipt of the first N samples, the calculation of the Fourier coefficients is performed according to the following formula: P L .5o; 1) where N is the number of samples studied; P is the harmonic order number; i., - digital values of complex samples; + CC (2) The values of the Fourier coefficients in accordance with formula (1) when arriving at the scientific research institute of (N - 1) -th reference and before the arrival of the Nth reference will be formed and recorded in the corresponding cells of the BOP 15 and 16, made in the form of parallel chains shift registers, the number of fixed layers in each of which corresponds to the number of Fourier coefficients to be determined. Simultaneously with the calculation of the Fourier coefficients in the BOP 3, the actual component of the processed samples V J is recorded sequentially, and in the BOP4 - the imaginary components of the processed samples y, BOP 3 and 4 are assembled from chains of shift registers. The number of fixed layers in each of the shift registers of these BOPs is N, and the number of chains of shift registers corresponds to the size of the analyzed samples, issued by the ADC. We can say that the real and imaginary parts of the current spectrum cooT-i are legally equal to .ReV (VV.,) Cos2, p- & mV (.,) L6mfp,

)flKp.(,ll6iK pf tt3mPp+(y.y coe2ftp. (4)) flKp. (, ll6iK pf tt3mPp + (y.y coe2ftp. (4)

Заметим, что формулы (3 и 4) спраЬедливы и при С Ц , если предположить , что ia. при а -N О . Такое предположение всегда справедливо дл кауэальнык сигналов. Таким образом, дл получени действительной и мнимой составл ющих текущего спектра при поступлении очередного отсчета л , сумматоры 7 и 9 формируют разности (Хл .N ) и (уп-УоГм Полученныераз1НОСТИ суммируютс с выдаваемыми БОП 15 и 16 действительнрйТ еРр и мнимойЭтрр составл ющими спектра соответственно сумматорами 8 и 10. Значени ( j()J подаютс на первые входы олоков умножени 11 и 12, где производитс их умножение (взвешивание) на значени весовых коэффициентов (синуса и косинуса), выдаваемых генератором 19 (блоком формировани значений синусов и косинусов). Одновременно с этим значени ЗтР +Су-гУоп-мО подаютс на первые входы блоко умножени 13 и 14, где производитс взвешивание на значени косинуса и синуса зычисл емой гармоники согласно вьфажеми (3) А (4).Note that formulas (3 and 4) are also valid for C C, if we assume that ia. with a -N O. Such an assumption is always valid for Kaewald signals. Thus, to obtain the real and imaginary components of the current spectrum when the next sample arrives, the adders 7 and 9 form the differences (ChN. N) and (up-WOGM The obtained IOMs are summed with the components of the BEP 15 and 16, the actual components of the EPR and the imaginary ET. adders 8 and 10. The values of (j () J are fed to the first inputs of the multiples 11 and 12, where they are multiplied (weighted) by the values of the weight coefficients (sine and cosine) produced by the generator 19 (the sine in and cosines). Simultaneously, the value of ZTR + Su-GUOP MO supplied to the first input of multipliers 13 and 14, where the weighting is performed on the values of sine and cosine harmonic zychisl emoy according vfazhemi (3) A (4).

Полученные на выходе блоков 12 и 14 произведени алгебраически суммируютс сумматором б. в результате на его выходе фО1 «ируетс отсчет текущего Спектра ,, , который поступает на первый выход анализатора и одновременно с этим записываетс в БОП 15, Аналогично происход т формирование и запись отсчета Ultl , который вьщаетс первым сумматором 5 на второй выход анализатора и вход ВОП 16.The output of blocks 12 and 14 is algebraically summed by adder b. as a result, the output of the current Spectrum, which enters the first output of the analyzer and simultaneously is recorded in the BOP 15, is outputted at its output F01. Similarly, the formation and recording of the counting Ultl occurs, which is passed by the first adder 5 to the second output of the analyzer and the input of the analyzer sixteen.

Синхронизаци работы всех БОП, АЦП 1 и 2 и генератора 19 (блока формировани значений синусов и косинусов) осуществл етс при помощи генератора тактовых импульсов 17 и делител частоты 18. Отнсмиение частот следовани тактовых импульсов, поступающих с генератора 17 тактовых импульсов и делител частоты 18, определ етс числом определ емых гармоник спектра.The operation of all the BDFs, ADCs 1 and 2 and the generator 19 (the sine and cosine values generating unit) is synchronized with the help of the clock 17 and the frequency divider 18. Relation of the clock frequency received from the 17 clock and the frequency divider 18, determined by the number of detectable spectrum harmonics.

Блоки арифметическ ого устройства (сумматоры и умножители) могут быть выполнены , например, в виде нетактируемых комбинационных схем на потенциальных элементах и не требуют синхронизирующих тактовых импульсов.Arithmetic units (adders and multipliers) can be executed, for example, in the form of non-selectable combinational circuits on potential elements and do not require synchronizing clocks.

Введение в схему предлагаемого анализатора спектра второго АЦП, четвертого БОП, п того и шестого сумматоров, 1астичное изменение св зей между существующими блоками и введение новых св зей. Привод щих к изменению процедуры вычислений, расшир ет его функциональные возможности по сравнен X) с прототипом, обеспечива возможность Introduction to the scheme of the proposed spectrum analyzer of the second ADC, the fourth BEP, the fifth and sixth adders, the partial change in the connections between the existing units and the introduction of new connections. Leading to a change in the procedure of calculations, it extends its functionality by comparing X) with the prototype, ensuring

вычислени составл к цих спектра комплексного сигнала в скольз щем режиме с согласованием начальной фазы взвешивающей функции с началом интервала анализа, т.е. осуществление инвариантного к сдвигу исследуемого комплексного сигнала режима спектрального анализа .calculating the complex signal cc of the complex signal in a sliding mode with matching the initial phase of the weighing function with the beginning of the analysis interval, i.e. implementation of the shift-invariant of the complex signal under study spectral analysis mode.

Claims

1. USSR author's certificate 446063, q 06 F 15/36, 1974.

2. For application 2147593/24 from 23,06.76, 06 Р 15/34, according to which the decision to issue the author's certificate was made.